*정회원, 제주대학교 컴퓨터공학과
**정회원, 제주한라대학 정보통신과 접수일자 2009.9.12, 수정일자 2009.10.9
논문 2009-5-1
MANET에서 COPS-PR을 이용한 정책 기반 망 관리 시스템의 구현
Implementation of Policy Based Network Management System with COPS-PR for MANET
허지완*, 이성화**, 송왕철*
Jee-Wan Huh, Sung-Hwa Lee, Wang-Cheol Song
요 약 MANET(Mobile Ad-hoc NETwork)은 이동하는 노드가 네트워크 위상을 자율적으로 구축하는 특성을 가진 네트워크로써 유선 네트워크와는 다른 여러 가지 특징을 가지고 있다. MANET에서의 정책 기반 망 관리는 노드 간 의 QoS를 보장하여 이를 토대로 VANET과 같은 안정성과 편리성을 목표로 하는 응용 분야에 필수적이라 할 수 있 다. 본 논문에서는 MANET에 적합한 정책 교환 프로토콜인 COPS-PR을 이용하고 DiffServ 기반의 QoS를 실제 네트 워크에서 구현하고 성능을 실험한다.
Abstract
MANET(Mobile Ad-hoc NETwork), a network characterized that its moving nodes freely constructs Network topology, has other different characteristics. Because Policy based Network Management in MANET guarantees QoS between nodes, it is essential in applied areas like VANET which targets safety and convenience. In this paper, we use COPS-PR which is appropriate Policy Exchange Protocol for MANET, and implement DiffServ-based QoS in the real networks and experiment its capability.Key Words :
MANET, COPS-PR, PBNMⅠ. 서 론
MANET(Mobile Ad-hoc NETwork)[1]은 노드의 이 동성이 있으며 자율적으로 네트워크 위상을 결정하는 특 징을 가지고 있다. 이동하는 노드들에 대하여 어떻게 경 로를 설정할 것인지, 즉 라우팅에 관련한 많은 연구가 있 으며, 이를 이용한 실제 응용 분야인 VANET(Vehicular Ad-hoc NETwork)에 대한 연구[2]도 진행되고 있다.
MANET에서의 정책 기반 망 관리는 유선 네트워크 와 다른 특징을 가지고 있는 상황에서 응용 서비스의 목 표를 이루는데 중요한 요소 중 하나이다. VANET의 경
우, 안전성과 편리성을 목표로 연구되고 있는 분야이며, 도로의 유실, 차량의 충돌 방지 등의 긴급한 상황에 대처 하기 위해 특정 노드나 트래픽에 대한 QoS(Quality of Service)의 보장은 반드시 필요하다.
본 논문에서는 MANET에 적합한 정책 교환 프로토 콜로 COPS-PR[3]을 이용하고 DiffServ[4] 메커니즘을 이용하는 PBNM(Policy Based Network Management) [5]를 실제 네트워크에서 구현하고 성능을 실험하였다.
II장에서는 관련 연구를 설명하고, III장에서는 이를 구
현하고 성능을 실험하며, IV장에서 결론을 맺는다.
그림 1. 정책기반 망 관리 구조 Fig 1. Structure of PBNM
Ⅱ. 관련 연구
1. 정책 기반 망 관리 시스템의 구조
네트워크의 다양한 서비스와 품질에 대한 요구와 관 리의 중요성으로 인해 이를 해결하기 위해 PBNM이 필 요하다. PBNM은 관리 정책을 저장하는 정책 저장소 (policy repository)와 장비의 상태를 수신하여 이에 따른 적절한 정책을 결정하고 배포하는 정책 결정자(PDP : Policy Decision Point)가 있으며, PDP에 장비 상태를 전 송하고 이에 따른 정책을 전송 받아 수행하는 정책 수행 자(PEP : Policy Enforcement Point)가 있다.
PDP와 PEP간의 정책 교환 프로토콜로는 COPS(Common Open Policy Service)가 정의되어 있으 며, 실제 네트워크 트래픽에 대한 처리, 즉 QoS에 대한 것은 RSVP, DiffServ로 정의되어 있다.
그림 1. 은 정책 기반 망 관리 구조를 나타내고 있다.
관리자는 정책 관리 도구(Policy Management Tool)를 이용하여 정책을 생성하거나 수정하며, 이는 정책 저장 소(Policy Repository)에 저장된다. PEP는 장비의 상태를 PDP에 전송하고 정책을 요청하고 PDP는 적절한 정책을 정책 저장소로부터 결정하여 PEP로 전송하게 된다.
2. COPS-PR
PDP와 PEP간의 정책 교환 모델로는 outsourcing 모 델인 COPS와 Provisioning모델인 COPS-PR이 정의되 어 있다.
그림 2. COPS와 COPS-PR Fig 2. COPS and COPS-PR
Outsourcing 모델은 QoS를 구현하는 가장 간단한 모 델로써 모든 정책은 PDP에 저장되어 있으며, PEP가 어 떤 정책을 필요로 할 때, PEP는 이에 관련한 PEP의 모든 정보를 PDP로 전송한다. PDP는 요청에 따라 정책을 결 정하고 PEP로 전송한다.
Provisioning 모델에서 COPS-PR(COPS Usage for Policy Provisioning)을 이용한다. 이 방식에서는 관리자 가 PDP를 통해 정책을 배포하고 PEP는 상황에 따라 적 절한 트래픽 처리를 하게 된다.
이와 관련한 표준으로는 Outsourcing 방식으로 COPS-RSVP(COPS-Resource ReSerVation Protocol)[6]이 Provisioning 방식으로 COPS-PR이 정의 되어 있으며, COPS-RSVP는 IntServ(Integrated Services)에 COPS-PR은 DiffServ(Differentiated Service)에 적합한 QoS 네트워크이다.
IntServ은 각각의 트래픽 플로우를 기반으로 출발지 에서 목적지까지의 전송 속도를 예약하는 모델이다. 이 모델을 구현하기 위해서 토큰 버킷(token bucket)알고리 즘을 이용한다.
DiffServ는 각각의 트래픽 특성에 따른 분류를 하고
이에 따라 (DSCP : DiffServ Code Point)를 마킹하게 된
다. 이를 지원하는 TCP 스택에서 IP 헤더의 DSCP 필드
에 따라 PHB(Per Hop Behavier)를 적용 트래픽을 차등
화 시킨다. 표준에 따르면 AF(Assured Forwarding)에
따른 4개의 클래스에 3가지의 드롭 우선 순위(drop
precedence)을 정의하고 있다. 또한 EF PHB는 가장 낮
은 delay, loss, jitter를 갖는 실시간 서비스를 위한 클래
스를 정의하고 있다. 이 EF PHB에 의해 전송되는 트래
픽은 총 대역폭의 30%까지로 제한하여 다른 트래픽의
전송이 완전히 차단되는 것을 방지하고 있다.
Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Low Drop AF11 AF21 AF31 AF41 Med Drop AF12 AF22 AF32 AF42 High Drop AF13 AF23 AF33 AF43 표 1. Assured Forwarding Behavior Group
Table 1. Assured Forwarding Behavior Group
IntServ기반의 QoS 모델은 출발지에서 목적지까지 대 역폭을 예약하여야 하므로 네트워크 위상이 수시로 변할 수 있는 MANET에서는 부적절하다고 할 수 있다. 클래 스 기반(class-based)인 DiffServ모델은 각각 클래스에 따른 전송 제어를 수행하므로 관리자는 어떤 정책만 정 의하고 나면 노드들이 그 배당된 정책에 따라 트래픽을 처리하므로 보다 적절한 QoS 모델이라 할 수 있다.
Ⅲ. PBNM의 구현
실제 PBNM의 각 구성요소를 구현하고 실제 네트워 크에 테스트베드를 구축하고 성능을 테스트하였다.
1. 실험 네트워크의 구성
실험 네트워크의 구축에는 세 대의 랩톱 PC와 한 대 의 데스크톱 PC를 이용하였다. 세 대의 랩톱 PC 중 1대 는 PDP로 나머지 두 대는 PEP노드로 구성하였으며, 데 스크톱 PC는 관리자 콘솔용도로만 사용하였다.
정책 저장소와 COPS-PR 프로토콜의 구현은 TUT[7]
의 샘플코드를 참고하였으며, 이 샘플 코드의 정책 저장 소는 SNMP의 MIB를 PBNM에 도입한 PIB 형태로 되어 있다.
연결된 PDP노드와 PEP노드는 COPS 프로토콜에 의 한 메시지를 주고받으며, PEP의 요청에 따라 정책 저장 소에 있는 정책을 전송하게 된다.
그림 3은 TUT의 COPS-PR구현에 의한 정책 저장소 에 관련한 부분이다.
그림 3. 정책 저장소 Fig 3. Policy Repository
그림 3의 정책저장소 구현에서 출발지 주소와 목적지 주소, 그리고 IP 헤더에 어떤 DSCP 마킹을 할 것인지 등 이 있다. 정책 관리 도구에서 해당하는 값들을 변경하여 적용할 수 있도록 하였다.
그림 4. PEP의 정책 전송 요청에 따른 정책 수신
Fig 4. Policy receives by COPS Req. messages in PEP
그림 4.에서 PEP와 PDP 노드가 COPS 연결을 한 후
에 PEP 노드에서 PDP 노드로 정책 전송 요청(COPS
Request messages)을 하고 정책을 수신 받고 있는 모습
이다.
2. QoS의 구현
리눅스 운영체제에서 구현 가능한 QoS는 커널 차원에 서 DiffServ에 관련한 여러 가지 큐잉과 이를 조정할 수 있는 iproute2 패키지의 tc(traffic control) 명령어가 있다.
tc 명령어에 의해 동작할 수 있도록 리눅스 커널의 해당 모듈을 포함시켜 빌드해 주어야 한다. 그림 5는 여러 가 지 리눅스가 지원하는 QoS 모듈들을 설정하는 것을 보 여주고 있다.
그림 5. 리눅스 운영체제 커널의 DSMARK Fig 5. DSMARK module in Linux O/S kernel
본 실험 네트워크에서는 패킷의 DS 필드를 tc 명령어 로 마킹하여 트래픽을 차등화 하여 처리하도록 할 것이 다. 그림 6은 처리 과정을 나타낸 것으로 패킷을 필터링 하고 각각의 정의된 클래스에 배정한 후에 그에 맞는 DSCP를 마킹하는 것을 나타내고 있다.
그림 6. DSMARK Queuing (출처, http://opalsoft.net) Fig 6. DSMARK Queuing
tc 명령어는 qdisc, class, filter의 세 가지의 오브젝트 를 제어할 수 있는데, 그림 7에서 tc qdisc 명령어로 해당
NIC에 dsmark를 정의하고, tc class 명령어로 AF PHB 와 EF PHB의 DSCP 마킹을 정의한 후에 tc filter 명령어 를 이용하여 특정 출발지 트래픽에 대하여 EF PHB를 적 용하도록 하였다.
그림 7. tc 명령어에 따른 DSCP 마킹 Fig 7. DSCP marking by tc command
이제, 정책 관리 도구에서 관리자 도구를 이용하여 특 정 출발지 IP를 지정하고 DSCP를 지정하고, PEP는 이를 분석하여 tc 명령어를 적용하여 들어오는 트래픽에 대해 서 QoS를 사용할 수 있게 된다.
3. 정책 관리 도구
정책 관리 도구는 리눅스의 셸 스크립트를 이용하여 특정 출발지 노드 IP에 대하여 AF, EF PHB를 적용할 수 있도록 하였다. 관리자는 셸 스크립트 매개변수로 특정 IP와 PHB를 지정하고 PDP는 이를 PEP에 전송한다.
그림 8. 정책 관리 도구
Fig 8. Policy management tool
그림 8은 명령행 매개변수 외에 웹 인터페이스로도 파 라미터를 입력할 수 있도록 구성한 것을 보인다.
4. 시나리오
iperf 도구를 이용하여 트래픽을 발생시키고 두 PEP
노드 사이에서 PEP#1이 PDP노드에게 정책 요청을 하게
되고 PDP노드는 특정 출발지 IP노드로부터의 트래픽에
EF PHB를 적용하게 하여, 전송 속도에 대한 변화를 측
정한다.
두 번째 적용 시나리오는 VLC 도구[8]을 이용하여 실 시간 동영상 스트리밍 서비스를 하게 하여 EF PHB가 적 용되었을 때의 변화를 실험한다.
그림 9. COPS 메시지와 총 전송량
Fig 9. COPS messages and total packets
첫 번째 시나리오를 적용했을 때 그림 9와 같은 데이 터가 도출되었다. 선 그래프는 전송된 총 패킷의 수를 나 타내며, 점그래프는 COPS 메시지의 전송을 나타내고 있 다. 라우팅 프로토콜로 노드 간 ad hoc 토폴로지가 구성 되고 COPS 연결이 이루어진 후에 EF PHB에 의해 트래 픽이 처리되고 있는 모습을 보인다. 다만, EF PHB의 트 래픽 처리와 무선 ad hoc 네트워크이며, 실험을 위해 NIC의 하드웨어와 소프트웨어 드라이버의 성능을 최대 한 낮추었으므로 EF PHB에 의한 트래픽이 전송될 때 COPS 트래픽들조차 드롭되는 모습을 보여주고 있다.
EF PHB에 의한 트래픽 전송을 확인하기 위한 두 번 째 시나리오로 동영상 스트리밍 서비스를 이용하였다.
앞서와 마찬가지로 안테나 제거와 드라이버 매개변수 조 정으로 전송 성능을 낮추었기 때문에 노드가 이동하거나 iperf에 의한 트래픽을 동시에 전송했을 때는 동영상은 알아 볼 수 없거나 아예 전송되지 않았다. EF로 마킹하 여 전송했을 때는 그림 11과 같이 비교적 좋은 화질로 전 송되고 있는 것을 확인할 수 있다.
그림 10. QoS 적용 전 스트리밍
Fig 10. streming without policy negotiation
그림 11. QoS 적용 후 스트리밍
Fig 11. Acceptable video quality after policy negotiation
IV. 결 론
MANET의 연구는 MAC 프로토콜이나 라우팅에 관 한 연구에 집중되고 있으나, 서비스의 신뢰성과 보안을 제공하기 위하여 정책 기반 망 관리 시스템에 대한 도입 은 반드시 필요하다. 본 논문에서는 MANET의 특성에 따라 PBNM의 구성 요소를 분석하고 적절한 정책 관리 시스템을 실제 네트워크에서 구현하여 성능을 분석하였 다. 본 실험에 의하여 관리자에게 네트워크 관리에 대해 보다 유연한 대응이 가능할 것으로 본다.
향후 연구 과제로는 정책 저장소는 본 논문에서 사용 한 SNMP의 MIB기반인 PIB뿐만 아니라 LDAP (Lightweight Directory Access Protocol)로도 정의되어 있다. 이러한 자료 접근 구조를 이용하여 기존의 많은 LDAP 응용 라이브러리를 이용하여 보다 나은 정책 관리 도구를 제공할 수 있을 것이다.
참 고 문 헌
[1] C. Siva Ram Murthy, B.S. Manoj, "Ad hoc Wireless Networks Architectures and Protocols", Prentice Hall PTR, 2004
[2] 이상선, “VANET환경에서의 라우팅 기술 및 서비 스 개발동향” 한국정보과학회 학술지 22권 2호, 2008
[3] K. Chan, et.al., "COPS Usage for Policy
Provisioning(COPS-PR)”, IETF RFC 4594,
저자 소개 허 지 완(정회원)
∙2005년 제주대학교 컴퓨터공학과 석 사
∙2007년 제주대학교 컴퓨터공학과 박 사과정 수료
<주관심분야 : Network QoS, Cloud Computing Network, MANET>
이 성 화(정회원)
∙1989년 건국대학교 전자공학과 학사
∙1991년 건국대학교 전자공학과 석사
∙1998년 건국대학교 전자공학과 박사
∙2000년～현재 제주한라대학 정보통신 과 교수
<주관심분야 : RFID/USN 기술, 정보보 안, 제어시스템>
송 왕 철(정회원)
∙1986년 연세대학교 식품공학과 학사
∙1989년 연세대학교 전자공학과 학사
∙1991년 연세대학교 전자공학과 석사
∙1995년 연세대학교 전자공학과 박사
∙2002년 University of Western Ontario, Postdoctoral Fellow
∙1996년～현재 제주대학교 컴퓨터공학 과 교수
<주관심분야 : QoS, 정책기반 네트워킹, USN, Ad hoc 네트워 크 라우팅>
※ "본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 대학 IT연구센터 지원사업의 연구결과로 수행되었음"
(NITA-2009-C1090-0902-0040)
